CN103771799B - 一种改性砒砂岩免烧砖 - Google Patents
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Abstract
一种改性砒砂岩免烧砖，属于建筑材料领域。该免烧砖各组分质量百分比为：具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料：10%-50%；通用硅酸盐水泥：10%-15%；成岩剂：0.5%-40%；水：8%-12%；砒砂岩：45%-70%。按上述比例混合，对上述各组分压力成型，进行自然养护、在温度为30℃-60℃的条件下大棚养护、在温度为20-30℃湿度大于90%的条件下标准养护或在温度为60℃～210℃蒸汽养护，得到改性砒砂岩免烧砖。砒砂岩免烧粘土砖在当地将会有良好的市场前景，加之其价格低廉，原材料获取方便，适合在当地推广，有助于推动国家的新农村政策。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，特别涉及一种改性砒砂岩免烧砖。
背景技术
黄河是中华名族的母亲河，历史上孕育华夏文明。但是随着历史的变迁加上气候变化和人类活动使得黄河流域的植被破坏，水土流失严重，大量的泥沙汇入黄河导致黄河河床迅速抬高，甚至在形成地上悬河，严重威胁人民生活和财产安全，甚至制约着当地经济发展。
内蒙古鄂尔多斯市东胜区、准格尔旗、伊金霍洛旗、达拉特旗和陕西省神木、府谷6县(旗)是黄河流域的主要砒砂岩地区（面积约积1.17万km2），也是黄河主要的泥沙的主要来源地之一。
由于砒砂岩在干燥状态下坚硬如石头，遇水如泥,遇风成砂。其原因在于，其一是新鲜砒砂岩存在大量蒙脱石遇水膨胀；其二是砒砂岩成岩程度较低，其粘结作用的硅化物和碳酸盐物质较少，致使仅靠颗粒间的摩擦力和机械咬合力及粘土物质的胶结能力很难维持其整体性,且基体结构疏松多孔更加剧了遇水溃散性。
除了从源头上对砒砂岩进行治理，阻断黄河泥沙的来源外，如何将其资源化迫在眉睫。
近年来国家逐渐取缔粘土砖，因而免烧砖成为了常规粘土砖的替代品。目前市面上常见的免烧砖是炉渣、矿渣、煤矸石、粉煤灰、电石渣、石粉、砂子、电厂湿排灰等工业废弃物加入一定量的胶凝材料如水泥等，经压制、养护而成。
砒砂岩主要化学成分是二氧化硅和氧化铝，属于硅铝资源。矿物成分主要是石英、长石、云母以及部分蒙脱石，从形态上看主要是砂砾和粘土。因此添加胶结物质就可将砒砂岩制备成建筑材料产品。这样既能实现砒砂岩的资源化，解决当地对建筑用砖的需要，又能促进当地水土流失治理。
发明内容
本发明是将砒砂岩内部活性SiO2和Al2O3通过碱激发的方式实现将其转变成地聚物水泥，并通过加入具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料，如矿粉、硅灰、粉煤灰、石灰石粉、氧化镁粉等，增强其胶凝性用以提高整体性能；用水泥提高早期强度；成岩剂，如碱土金属水溶液、水玻璃、氯化钙、氯化钠、氯化镁等，用以激发砒砂岩本身或具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料活性；通过压制成型，标准养护（20℃-30℃，湿度大于90%）或塑料大棚（温度30℃-80℃）或蒸汽养护（100℃-210℃饱和蒸汽），制成免烧砖。该免烧砖具有较高的抗压强度和较好的耐久性，能够满足砒砂岩地区建筑对砖性能的需求。
一种改性砒砂岩免烧砖，利用砒砂岩制备建筑免烧砖及其建筑材料制品，向砒砂岩中添加具有火山灰活性或潜在水硬性的具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料、成岩剂和通用硅酸盐水泥，与水进行混合；其中，各组分质量百分比为：
具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料：10%-50%；
通用硅酸盐水泥：10%-15%；
成岩剂：0.5%-40%；
水：8%-12%；
砒砂岩：45%-70%；
上述的改性砒砂岩免烧砖制备方法如下：
利用砒砂岩制备建筑免烧砖及其建筑材料制品，向砒砂岩中添加具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料、通用硅酸盐水泥和成岩剂，与水进行混合；按上述比例混合，对上述各组分压力成型，进行自然养护、在温度为30℃-60℃的条件下大棚养护、在温度为20-30℃湿度大于90%的条件下标准养护或在温度为60℃～210℃蒸汽养护，得到改性砒砂岩免烧砖。
其中，具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料是指粉煤灰、矿渣、钢渣、煤矸石、炉渣、沸石粉、高岭土粉、石灰石粉、氧化镁粉中一种或两种以上混合；氧化镁是指MgO含量大于80%，细度小于0.08mm的轻烧镁粉。矿渣是指高炉冶炼生铁所得以硅酸钙和铝硅酸钙为主要成分的熔融物，以氧化铝、二氧化硅和氧化钙为主要成分，其含量为矿渣总量的90%以上，经过急冷水淬、破碎成粒后，比表面积大于450m2/kg的粉状物，质量系数≥1，2。
其中，成岩剂是指石灰、氢氧化钠、氢氧化钾、水玻璃、氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化镁、硫酸钠、偏磷酸钠、丙烯酸钙中一种或两种以上混合。
所用的通用硅酸盐水泥是指32.5、42.5或52.5强度等级的通用硅酸盐水泥。
本发明的改性砒砂岩免烧砖的28天抗压强度达到18MPa-40MPa，28天抗弯强度达到3.3MPa-8MPa.28天软化系数达到0.68-0.92。吸水率为14.2%-18.5%。外观均能达到国标规定一等品的要求。
本发明的有益效果是的具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料为工业废弃物（粉煤灰、矿渣粉等），目前我们国家还是有大量的工业废弃物急需处理（粉煤灰），砒砂岩改性免烧砖不仅能大量消耗占有大量堆积土地的工业废弃物，而且能为企业带来一定量的经济效益，促进该领域的良性循环，这样就能够促进工业废弃物的处理和资源化，同时砒砂岩改性免烧砖能耗低，不会产生二次污染，因而具有环保的特性，同时其抗压强度高，抗冻性能好、抗化学腐蚀能力好、同时其成本低，料成本不足0.2元，价格低廉。正值国家取缔粘土砖，因而砒砂岩免烧粘土砖在当地将会有良好的市场前景。加之其价格低廉，原材料获取方便，适合在当地推广，有助于推动国家的新农村政策。
具体实施方式
本发明公开了利用具有火山灰活性和潜在水硬性的具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料，其组成富含活性氧化硅、氧化铝、氧化镁与砒砂岩的活性氧化硅、氧化铝及砒砂岩自身碱性物质，在成岩剂激发条件下生成水化硅酸钙和地聚合物等，改变砒砂岩基体的孔隙结构及胶结物质，从原来只能靠相互之间的摩擦力和机械咬合力及粘土物质的粘结转化成水硬性的矿物胶结。
实施例1
制备样品时原材料按照以下质量百分数比例：砒砂岩70%、具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料(矿粉)15%、等级为32.5的通用硅酸盐水泥5%、成岩剂（氢氧化钠）2%、水8%，首先将砒砂岩、矿粉和通用硅酸盐水泥预先用搅拌机搅拌5分钟，在将水和氢氧化钠溶解完全后加入固体中，慢搅3分钟，快搅2分钟。压力成型后脱模，自然养护，测其耐水系数和抗压抗折强度。实验结果：耐水系数为0.72，抗压强度为15MPa，抗折强度为1.5MPa。
实施例2
制备样品时原材料按照以下质量百分数比例：砒砂岩70%、具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料(硅灰)15%、等级为32.5的通用硅酸盐水泥5%、成岩剂（氢氧化钠）2%、水8%，首先将砒砂岩、矿粉和通用硅酸盐水泥预先用搅拌机搅拌5分钟，在将水和氢氧化钠溶解完全后加入固体中，慢搅3分钟，快搅2分钟。压力成型后脱模，在相对湿度为95%温度为20度时养护28天后，测其耐水系数和抗压抗折强度。实验结果：耐水系数为0.71，抗压强度为16MPa，抗折强度为2MPa。
实施例3
制备样品时原材料按照以下质量百分数比例：砒砂岩45%、具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料(矿粉)26%、等级为42.5的通用硅酸盐水泥15%、成岩剂（氢氧化钠3%、水玻璃3%）、水8%，首先将砒砂岩、矿粉和通用硅酸盐水泥预先用搅拌机搅拌5分钟，在将水和氢氧化钠溶解完全后加入固体中，慢搅3分钟，快搅2分钟。压力成型后脱模，在相对湿度为95%温度为20度时养护28天后，测其耐水系数和抗压抗折强度。实验结果：耐水系数为0.92，抗压强度为28MPa，抗折强度为5.5MPa。
实施例4
制备样品时原材料按照以下质量百分数比例：砒砂岩45%、具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料(矿渣)26%、等级为42.5的通用硅酸盐水泥15%、成岩剂（氢氧化钠2%、水玻璃4%）、水8%，首先将砒砂岩、矿粉和通用硅酸盐水泥预先用搅拌机搅拌5分钟，在将水和氢氧化钠溶解完全后加入固体中，慢搅3分钟，快搅2分钟。压力成型后脱模，在相对湿度为95%温度为20度时养护28天后，测其耐水系数和抗压抗折强度。实验结果：耐水系数为0.89，抗压强度为26MPa，抗折强度为4.5MPa。
实施例5
制备样品时原材料按照以下质量百分数比例：砒砂岩47%、具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料(轻烧镁粉)25%、等级为32.5的通用硅酸盐水泥15%、成岩剂（氢氧化钾2%、水玻璃3%）、水8%，首先将砒砂岩、矿粉和通用硅酸盐水泥预先用搅拌机搅拌5分钟，在将水和氢氧化钠溶解完全后加入固体中，慢搅3分钟，快搅2分钟。压力成型后脱模，在相对湿度为95%温度为20度时养护28天后，测其耐水系数和抗压抗折强度。实验结果：耐水系数为0.87，抗压强度为23MPa，抗折强度为4.3MPa。
实施例6
制备样品时原材料按照以下质量百分数比例：砒砂岩47%、具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料(矿粉)25%、等级为42.5通用硅酸盐水泥15%、成岩剂（氢氧化钠2%、水玻璃3%）、水8%，首先将砒砂岩、矿粉和通用硅酸盐水泥预先用搅拌机搅拌5分钟，在将水和氢氧化钠溶解完全后加入固体中，慢搅3分钟，快搅2分钟。压力成型后脱模，在相对湿度为95%温度为20度时养护28天后，测其耐水系数和抗压抗折强度。实验结果：耐水系数为0.90，抗压强度为26MPa，抗折强度为4.7MPa。
实施例7
制备样品时原材料按照以下质量百分数比例：砒砂岩47%、具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料(石灰石粉15%，硅灰10%)、等级为32.5的通用硅酸盐水泥15%、成岩剂（氢氧化钠2%、氯化钠3%）、水8%，首先将砒砂岩、矿粉和通用硅酸盐水泥预先用搅拌机搅拌5分钟，在将水和氢氧化钠溶解完全后加入固体中，慢搅3分钟，快搅2分钟。压力成型后脱模，在相对湿度为95%温度为20度时养护28天后，测其耐水系数和抗压抗折强度。实验结果：耐水系数为0.85，抗压强度为27MPa，抗折强度为4.8MPa。
实施例8
制备样品时原材料按照以下质量百分数比例：砒砂岩47%、具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料(矿粉10%，炉渣15%)、等级为32.5的通用硅酸盐水泥15%、成岩剂（氢氧化钾2%、水玻璃3%）、水8%，首先将砒砂岩、矿粉和通用硅酸盐水泥预先用搅拌机搅拌5分钟，在将水和氢氧化钠溶解完全后加入固体中，慢搅3分钟，快搅2分钟。压力成型后脱模，在相对湿度为95%温度为20度时养护28天后，测其耐水系数和抗压抗折强度。实验结果：耐水系数为0.86，抗压强度为25MPa，抗折强度为4.8MPa。
实施例9
制备样品时原材料按照以下质量百分数比例：砒砂岩45%、具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料(粉煤灰26%)、等级为32.5的通用硅酸盐水泥15%、成岩剂（氢氧化钠2%、水玻璃4%）、水8%，首先将砒砂岩、矿粉和通用硅酸盐水泥预先用搅拌机搅拌5分钟，在将水和氢氧化钠溶解完全后加入固体中，慢搅3分钟，快搅2分钟。压力成型后脱模，在相对湿度为95%温度为20度时养护28天后，测其耐水系数和抗压抗折强度。实验结果：耐水系数为0.91，抗压强度为26MPa，抗折强度为4.9MPa。
实施例10
制备样品时原材料按照以下质量百分数比例：砒砂岩47%、具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料(粉煤灰10%，钢渣15%)、等级为42.5的通用硅酸盐水泥15%、成岩剂（石灰2%、氯化钠3%）、水8%，首先将砒砂岩、矿粉和通用硅酸盐水泥预先用搅拌机搅拌5分钟，在将水和氢氧化钠溶解完全后加入固体中，慢搅3分钟，快搅2分钟。压力成型后脱模，在相对湿度为95%温度为20度时养护28天后，测其耐水系数和抗压抗折强度。实验结果：耐水系数为0.8，抗压强度为22MPa，抗折强度为3.9MPa。
实施例11
制备样品时原材料按照以下质量百分数比例：砒砂岩47%、具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料(炉渣25%)、等级为42.5的通用硅酸盐水泥15%、成岩剂（偏磷酸钠0.5%、氯化镁4.5%）、水8%，首先将砒砂岩、矿粉和通用硅酸盐水泥预先用搅拌机搅拌5分钟，在将水和氢氧化钠溶解完全后加入固体中，慢搅3分钟，快搅2分钟。压力成型后脱模，在相对湿度为95%温度为20度时养护28天后，测其耐水系数和抗压抗折强度。实验结果：耐水系数为0.86，抗压强度为25MPa，抗折强度为4.8MPa。
实施例12
制备样品时原材料按照以下质量百分数比例：砒砂岩49%、具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料(煤矸石10%，沸石粉15%)、等级为42.5的通用硅酸盐水泥15%、成岩剂（丙烯酸钙3%）、水8%，首先将砒砂岩、矿粉和通用硅酸盐水泥预先用搅拌机搅拌5分钟，在将水和氢氧化钠溶解完全后加入固体中，慢搅3分钟，快搅2分钟。压力成型后脱模，在温度为30℃-60℃的条件下大棚养护28天后，测其耐水系数和抗压抗折强度。实验结果：耐水系数为0.8，抗压强度为35MPa，抗折强度为5.8MPa。
实施例13
制备样品时原材料按照以下质量百分数比例：砒砂岩49%、具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料(高岭土粉10%，氧化镁粉15%)、等级为32.5的通用硅酸盐水泥15%、成岩剂（硫酸钠3%）、水8%，首先将砒砂岩、矿粉和通用硅酸盐水泥预先用搅拌机搅拌5分钟，在将水和氢氧化钠溶解完全后加入固体中，慢搅3分钟，快搅2分钟。压力成型后脱模，在温度为60℃～210℃蒸汽养护7天后，测其耐水系数和抗压抗折强度。实验结果：耐水系数为0.86，抗压强度为32MPa，抗折强度为4.9MPa。
Claims (6)
1.一种改性砒砂岩免烧砖，其特征在于，该改性砒砂岩免烧砖的成分包括具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料、通用硅酸盐水泥、成岩剂、砒砂岩和水，各组分质量百分比为：
具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料：10%-50%；
通用硅酸盐水泥：10%-15%；
成岩剂：0.5%-40%；
水：8%-12%；
砒砂岩：45%-70%；
上述的改性砒砂岩免烧砖制备方法如下：
利用砒砂岩制备建筑免烧砖，向砒砂岩中添加具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料、通用硅酸盐水泥和成岩剂，与水进行混合；按上述比例混合，对上述各组分压力成型，进行自然养护、在温度为30℃-60℃的条件下大棚养护、在温度为20-30℃湿度大于90%的条件下标准养护或在温度为60℃～210℃蒸汽养护，得到改性砒砂岩免烧砖。
2.根据权利要求1所述的一种改性砒砂岩免烧砖，其特征在于，所述的具有火山灰活性或潜在水硬性的成岩掺合料是指粉煤灰、矿渣、钢渣、煤矸石、炉渣、沸石粉、高岭土粉、石灰石粉、氧化镁粉中一种或两种以上混合；其中，氧化镁是指MgO含量大于80%，细度小于0.08mm的轻烧镁粉。
3.根据权利要求2所述的一种改性砒砂岩免烧砖，其特征在于，所述的矿渣是指高炉冶炼生铁所得以硅酸钙和铝硅酸钙为主要成分的熔融物，以氧化铝、二氧化硅和氧化钙为主要成分，其含量为矿渣总量的90%以上，经过急冷水淬、破碎成粒后，比表面积大于450m2/kg的粉状物，质量系数≥1.2。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种改性砒砂岩免烧砖，其特征在于，所述的成岩剂是指石灰、氢氧化钠、氢氧化钾、水玻璃、氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化镁、硫酸钠、偏磷酸钠、丙烯酸钙中一种或两种以上混合。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种改性砒砂岩免烧砖，其特征在于，所述的通用硅酸盐水泥是指32.5、42.5或52.5强度等级的通用硅酸盐水泥。
6.根据权利要求4所述的一种改性砒砂岩免烧砖，其特征在于，所述的通用硅酸盐水泥是指32.5、42.5或52.5强度等级的通用硅酸盐水泥。
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